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发展集成电路产业没有捷径可走,它至少是一个九维度的产业集群 
作者:[九九归一 ] 来源:[网友推荐] 2021-03-09

为了加快中国集成电路产业发展,这次两会期间看到有代表在呼吁今后的高考考生要多报考集成电路专业,这种呼吁对发展中国的集成电路产业有帮助吗?从行业人士的角度来,这种做法对发展中国的集成电路几乎没有任何帮助。

因为集成电路产业不是信息产业,人工智能的算法等,通过大学课堂的教育,在书本上就能学到必备基础知识,毕业后到了工作岗位,有一台电脑,会编程就可以出成绩了,而发展集成电路产业是没有捷径可走的。

作为专业高校毕业于集成电路设计和制造的从业人员,亲眼见证了中国的集成电路从80-90年代造不如买的过程,当时在上海的研究所搞出了X86的第一代16位机样片Intel 8088,这是当时80186 IBM兼容机所使用的CPU芯片,同一时刻,在北京的研究所也搞出来摩托罗拉的MC6800的16位机的样片,这是当时苹果-1型个人电脑所采用的CPU芯片,但因为产品的合格率低,并未大量生产,只是作为科研成果向四机部和一机部申报了科研成果而已。

当时国外的集成电路设计的线条宽度在2微米水平,国内的线条宽度在6微米水平,国产光刻机在10微米水平,要制造6微米线宽的集成电路,还是要跟荷兰的ASML公司买光刻机。1995年后,大批国内半导体厂倒闭,因为国外的同类产品要便宜很多,买确实比造便宜很多。

当时,能够留下来做集成电路单位已经不多了,即便如此,他们也只能从大规模集成电路(VLSI),2微米工艺,改为做薄膜/厚膜电路,这些都是10/20微米工艺。

直到2000年前后后才有一些研究所又重新捡起集成电路设计和生产的工作,不过那时候中国的集成电路设计和制造水平离国外同行的水平差的已经不是一点点,在2000年前后有两款CPU芯片在设计,一款是倪光南领导小组搞的方舟芯片,这是一款类似X86指令集的32位机芯片,另一个中科院计算所搞的基于免费MIPS指令集的龙芯,MIPS是一款RISC架构芯片,因为指令集性能差,国外厂家免费对外开放了设计源代码,但真正要作为商用,还得跟他们买商业使用许可。

所以说,龙芯是先天不足,指令集就是很低效的那种。相比同样是RISC框架的ARM指令集, 它比MIPS要高效得多,如今基于ARM内核的芯片早已垄断整个高端市场,龙芯还在应用的边缘徘徊。上面提到的这两款芯片,其中方舟芯片早已停产,龙芯还只是在micro-controller层面找应用。

在2000年后,这些国产的芯片能够设计出来,还能生产出来,得益于后来集成电路行业的Fabless Manufacturing,翻译成中文就是“无工艺线芯片制造”的兴起,2000年后的芯片设计,只要买了美国三大EDA公司的集成电路设计软件,买相关的功能库,就能设计出世界一流芯片,如华为设计的麒麟9000,就是一款5纳米工艺,采用ARM指令集的芯片,设计好之后委托台积电生产,就大功告成了。

从那时起,好像芯片(大规模集成电路)设计和制造,在很多时候就是一个芯片设计的事,把芯片设计搞好了,其他的事都可以由外包工厂完成。这就如同现在出书,只要买一个Adobe排版软件,就能将写好文章排成专业的版式,再委托印刷厂印刷就是,一个人的企业也可以出版书籍的道理一样。

说起来芯片制造还真没有那么简单,它至少是一个九个维度的产业,现在因为是行业内部的分工合作,到了终端用户,一个九维度的产业变成了一个维度的芯片设计工作。

在和平时期,产业链的上下游互相支持,一切都可以正常运营,但一旦上游供应商出现卡脖子的现象,下游的设计者就成了巧媳妇难做无米之炊,这就是现在中国面临美国在集成电路设计和生产上卡脖子的现实情况。

要摆脱美国对中国在集成电路行业遏制和打压,中国必须在这九个维度上摆脱美国的技术控制,完全实现芯片设计和制造的技术和设备自给。

什么是集成电路设计和制造的九个维度?集成电路设计和制造的九个维度是由三个制造的直接维度和三个制造的间接维度,以及三个设计相关的维度组成。

从芯片制造上下游来看,第一个维度是高质量的晶圆提炼,(超高纯度的单晶硅材料,一般是12个9的纯度,也就是99.999999999999%的纯度),提炼出如此大面积(一般是在8至12英寸)高纯度的晶圆,除了需要高质量硅材料,也需要高质量的提炼设备(第二个维度)和提炼工艺(第三个维度),第四个维度是工艺线上所使用的各种高纯度的化学溶剂和光刻胶等,比如简单洗涤用的盐酸,也需要是12个9 的纯度,这些溶剂和光刻胶的生产设备(第五个维度)和制造工艺(第六个维度)都是制造必不可少的物质,有了晶圆和工艺线所需要的化学溶剂等,第七个维度就是芯片生产的设备,现在媒体曝光度最高的光刻机当然是首当其冲,但芯片制造设备远不止一台光刻机,还有外延设备,离子注入,扩散炉等。

从芯片设计上下游来看,EDA工具是芯片设计的必备工具,没有EDA工具,芯片设计无从谈起,现在EDA领域被美国三大公司垄断,这是第八个维度。最后,第九个维度就是芯片制造的工艺,这个工艺就如同可口可乐的配方,如何能制造出可口可乐,制造工艺是关键。以三星芯片制造为例,三星不受美国技术管制,可以买到所有台积电的生产芯片所使用的材料和设备,却无法在工艺上跟台积电平起平坐,可见芯片制造的工艺是何等重要。

回过头来,我们再来看看那个代表的建议,让更多考生报考集成电路专业,它能改变上述九个维度中的哪个维度?好像哪个维度也不能改变,可见这位代表的提议没有实际应用价值。如果这九个维度都不掌握在自己手里,人家一断供,一切化为乌有。

为什么我们用维度来描述这九个行业?因为,第一是它的独特性,它就是为芯片设计制造而存在的,第二,它可能没有其他应用场景,完全依赖芯片的生存而生存。就拿高纯度化学试剂12个9的盐酸来说,一般工业级,4个9或者6个9足以。

所以,真正要把芯片搞上去,摆脱对国外厂家的依赖,中国就需要举国之力,从这些基本领域一一做起,形成一个完全可以在国内自给自足的生态环境。显然,单靠扩大招生集成电路设计人才是远远不够的,相反,如果芯片设计和制造产业整体上不来,培养过多芯片设计人才,将这些人陷入毕业就等于失业,就业难的困境。

在坊间有一种误解,认为中国的芯片制造这些年没有起色是因为陈进的汉芯造假造成的恶果。如果真这么认为,那就抬高他了。实际上,当汉芯1号问世的时候,行业内的人就知道,凭中国当时技术水平,这款芯片不可设计出来,因为它的性能是跟摩托罗拉下属的飞思卡公司的DSP芯片直接对齐的,人家100多人的工程师团队设计了三年,陈进在上海交大带两个博士生,一年就搞出来了?这个可能吗?不知道当时参加验收的专家都是什么专家?

中国芯片制造工业的落后,还是80年代后期造不如买的国策所决定的,中国真正开始投入搞芯片那是30年后,大约在2010年之后才有大量资金投入。中国芯片制造之所以落后,也是因为当时的国力不足,芯片设计和制造需要大量的资金,以当时的国家实力,根本负担不了。

这一点跟运十大飞机项目有点类似。2018年川普对中国的打压,第一次让中国的企业界,投资界,政府相关部门对芯片制造的重要性有了高度统一的认识。相信只要大家共同努力,中国芯片制造会在不久的将来,走出重围,引领世界。

      文章来源:风闻社区2021年3月8日




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